第2章_建筑材料的进步与人类生存

1,中国的百慕大-鄱阳湖老爷庙水域,江西省都昌县老爷庙这片目前只有18米深的水域，传说千百年来，数不清的船只在这里沉没，上千吨的货船居然会在这里神秘地消失。1973年10月14日，星子船舶修造厂机动货船在老爷庙水域沉没，死亡13人；1985年3月15日，一艘载重25吨，编号“饶机41838”号船舶，凌晨6点30分在老爷庙以南约三公里处沉没；仅从1960年以来，这片水域就有100多艘船在这里沉没。,2,中国的百慕大-鄱阳湖老爷庙水域,3,鄱阳湖是一个完整的水系，江西省赣、抚、信、辽、修五大河流的水从不同的方向，汇入鄱阳湖，水流流入宽广的湖面时，流速缓慢，但进入狭窄的老爷庙水域后，流速就会随之加快，所以老爷庙水域表面上看似平静，只不过底下异常强烈的暗涌被掩盖住了,4,5,通过地质小组低空拍摄的彩色红外航空照片，发现老爷庙水域底下居然存在一个巨大的沙坝，长约2公里，呈东西走向，正是因为这个沙坝的存在，阻挡了席卷而来的水流，在湖水底部形成巨大的漩涡，这些漩涡对船只最终造成了致命一击。由于老爷庙水域是五条河流集合地，水流带来大量的流沙，每年沙粒淤积量达到1120万吨,长江三峡的水下流沙呢?,6,第2章建筑材料的进步与人类生存环境的变化,7,材料的利用方式,以物质为基础的利用方式热带-竹子-吊脚竹楼蒙古包冰房子以需求为导向的利用方式开动脑筋去寻找或开发研制材料:粘土砖、钢铁、水泥、混凝土、塑料等,8,Outline,2.1古代天然材料的利用与住居环境2.2烧土制品与住居环境的改善2.3近代建筑材料与建设水平的提高2.4现代建筑材料与多姿多彩的建筑2.5未来的建筑材料与可持续发展,9,2.1.1原始人群时期的“巢居”与“穴居”,大约50万年-10万年前群居的生活，天然的石块和木棍，利用天然的洞穴或构木为巢以应付风寒雨雪和猛兽虫蛇的侵害人类的生存条件十分恶劣,10,2.1.2天然材料的利用和简单加工,大约距今1万-6000年前-新石器时代天然材料木材和茅草-茅草房、壕堑、牲畜栏、窖穴,半地穴式的住居：天然的木材或竹树，墙体多为木骨抹泥，有的表面用火烤得很坚实，屋顶多为茅草或草泥,特点:房屋的规格较小，结构形式简单,无墙体和屋顶等围护部分,11,墙体也不可能做得很厚重，不仅保温隔热性能差，屏障和防御性能也较低，但与天然洞穴相比，毕竟有了一个可以遮蔽风雨的简单居舍。,东南亚热带地区的民居,12,天然石材建造房屋及结构物,石材特点:强度高,承载力强,保存时间长天然石灰-最早的胶凝材料：天然贝壳、钟乳石和石灰岩烧后得到建筑材料：石灰加水、天然纤维、砂和土等特点：砌筑结构物更具有整体性，可建造规模更大的建筑物或结构物公元前2500年建造的埃及金字塔最大的胡夫金字塔，高度146.6m,正方形的底边长达230.6m,用250万块石头砌成，每块石头重大约2.5t,13,青铜器时代的“版筑技术”,公元前16世纪公元前11世纪(商代)的青铜器时代-木结构建筑及“版筑技术”所谓“版筑技术”，就是用木板或木棍作边框，然后在框内浇注黄土，用木杆夯实之后，将木板拆除。特点：筑墙方法非常经济，就地取土筑墙，木版框可以重复使用多次，具有良好的保温隔热效果,在我国东北寒冷地区和南方炎热地区，均有“干打垒”式墙体的房屋.福建土楼已经申报世界文化遗产,14,2.2烧土制品与住居环境的改善,18世纪以前，以手工业为主以天然粘土类物质为原料，经高温烤烧制造而成的无机非金属材料-人工建筑材料,土坯公元前8000年左右中近东及埃及粘土砖公元前5000年左右西亚的苏美尔人粘土瓦公元前3000年左右美索不达米亚人(现伊拉克)烧制石灰我国在3000多年前玻璃公元前2000年左右的埃及,15,2.2.1土坯最早的人工建筑材料,将粘土用水拌合成泥，将粘土泥放入一定尺寸的模型中成型，然后利用太阳的光热干燥制成,云南昭通地区普通民居,土坯制作简单，成本低廉，保温性能好，用于干旱少雨地区在寒冷地区使用土坯砌筑火炕,缺点:日晒土坯组织粗糙，强度低，吸水后软化,16,2.2.2粘土砖,将土坯在高温下焙烧,成为坚实耐水的粘土砖西周时期(大约公元前1060年-711年),最主要的房屋建筑、筑墙材料,“秦砖汉瓦”优点:粘土砖强度高、耐水性好，同时外形规则、尺寸均一，易于砌筑缺点:要破坏大量的耕地，随着人口的增多，土地资源的匮乏,逐渐被新型墙体材料替代,如非粘土空心砖等,17,2.2.3粘土瓦,最早的瓦是板型的,逐渐发展成平缓曲面形,以及各种形状的瓦,如筒瓦、板瓦等我国从西周时代开始出现了粘土瓦到目前为止，粘土瓦仍然是常用的屋面材料原材料:粘土砂土等,18,2.2.4烧制石灰,烧制石灰(CaO)是最早的人工胶凝材料千锤百炼出深山，烈火焚烧只等闲，粉身碎骨全不顾，要留青白在人间凝胶把块状材料或散粒材料粘结起来在西周时期的陕西凤雏遗址中,三合土(即石灰、黄砂、粘土混合),该粘结剂逐渐被水泥所代替,19,2.2.5玻璃,将高温下的熔融体快速冷却，固化形成的非晶体析出物优点：具有透明性，强度高、坚硬，抗压强度是石材的10-20倍缺点：抗冲击性差公元1100年左右，欧洲人将彩色玻璃用于教堂建筑的内墙做壁画；1640年俄国生产出透明、用于门窗采光材料的玻璃,透明的平板玻璃继续沿用并发展,20,烧土制品带来的变化,土坯、粘土砖作为块体材料用来砌筑墙体其强度和保温隔热性能粘土瓦作为屋面材料提高了房屋的防雨、防渗漏功能以石灰为胶凝材料既提高砌筑墙体的强度和整体性，又可以用于墙体的抹面，提高墙体的隔断性能和美观性玻璃作为具有透光、透明性材料，用于房屋建筑的门窗，大大提高了居室的采光效果,21,2.3近代建筑材料与建设水平的提高,1760年英国产业革命以机器大生产为主体的工厂制度代替以手工技术为基础的手工工场的革命工业生产的建筑材料取得长足的进展钢铁铁路桥梁水泥1824年英国人发明钢筋混凝土1855年法国人发明,22,2.3.1钢铁进入建筑材料的舞台,强度高、铁路桥梁的跨度可显著提高铸铁（碳含量大于2.11%）1878年英国人在北海的Tay湾上建成长3Km(世界之最)的铁路桥,历时7年.两年后在风雨夜中倒塌75人丧生转炉钢去除了碳、硅等杂质,其强度和韧性都优于铸铁1890年的Forth湾大桥,23,Forth湾大桥照片,1890年英国建成Forth湾大桥51000吨钢材总长2.5公里,高104米,最大跨度117米,24,2.3.2水泥的出现是近代建筑材料史上新的里程碑,将石灰石与粘土混合制成料浆,高温煅烧成固体材料,粉碎之后制成水泥.硅酸盐水泥硅酸盐水泥强度高、水硬性，与石骨料拌合成混凝土材料以水泥为胶结材料的混凝土引起了全世界的瞩目法国1848年德国1850年美国1871年日本1875年中国1889年河北唐山“启新洋灰公司”,房屋建筑、道路、桥梁、水工结构等基础设施建设,25,2.3.3钢筋混凝土成为结构材料的主角,钢材容易生锈，混凝土属于脆性材料，两者的结合互相弥补缺点，发挥各自所长1855年巴黎万国博览会上钢筋混凝土小船1877年钢筋混凝土梁的计算方法1892年梁的剪切配筋方法1908年提出预应力混凝土的概念并于1928年实用化1934年减水剂的发明,26,近代建筑材料的革新,水泥混凝土、钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土的出现,使建筑物向高层、大跨度发展有了可能19世纪末期平板玻璃的工业生产,建筑采光材料得以大量生产和使用随着粘结剂材料的开发与应用,各种木纤维水泥板材以及集成木材等各种功能性建筑材料的品种更加多样化,27,2.4现代建筑材料与多姿多彩的建筑,20世纪40年代以后,尖端科技带来了土木建筑业的勃兴和建材业的飞速发展钢材、混凝土材料建造了大型结构物各种新型建筑材料使建筑物形式更加丰富,28,2.4.1钢材、混凝土材料建造了大型结构物,到1997年，全世界的钢产量已达到7.70亿吨，水泥年产量达到11.5亿吨，每年混凝土的生产量大约为80-90亿吨混凝土的强度也在不断提高和品种日益丰富,1985年我国的水泥产量跃居世界第一，并在以后一直保持领先地位.1996年我国的钢产量跃居世界第一,29,国际金融中心大厦，中国台北。台北101大楼高508米（含天线），还有两台世界最高速的电梯，从一楼到89楼，只要39秒的时间,上海环球金融中心,492米,地上101层地下3层,30,2.4.2各种新型建筑材料使建筑物形式更加丰富,建筑物的功能和外观发生了根本性的变革有机建筑材料装饰、装修材料、防水材料、保温隔热材料、管线材料、绝缘材料铝合金、不锈钢等新型金属材料:轻质高强、抗冲击能力强复合材料各种纤维增强混凝土、以假乱真的人造板材,31,复合材料的代表,人造板材：用小木块、碎木屑、刨花等木质材料为基材，使用凝胶材料、胶粘剂或夹层材料加工而成的各种人造板材，模仿天然木材的纹理和走向，可以达到以假乱真的目的，大大改善了天然木材尺寸有限、材质不均匀、容易变形等缺陷，提高了木材的利用率石膏板:以熟石膏为主要原料掺入添加剂与纤维制成，具有质轻、隔热、吸声、不燃和可锯性等性能。,32,2.5未来的建筑材料与可持续发展,轻质高强型材料日本1000m高层建筑高耐久性材料50年100年新型墙体材料装饰、装修材料环保材料环境友好生存健康路面材料景观材料耐火、防火材料智能化材料,33,新型墙体材料,2001年我国每平方米房屋建筑面积的建筑材料的运输重量约为1200-1300Kg其中粘土砖约占2/3，即为800kg左右。山东省有砖瓦厂3000余家，占地20万亩，每年生产实心黏土砖200多亿块，毁田4万亩已规定县政府所在地建制镇城市规划区范围内，自2006年7月1日起不得使用实心黏土砖(瓦)新型墙体材料:非粘土烧结多孔砖和空心砖、混凝土空心砖、建筑板材等不断涌现,34,太空板-北京太空板业股份有限公司,太空板集轻质、高强、耐久、高效保温、隔热、隔声、抗震及易于防水等诸多优良性能于一身,35,36,37,38,39,40,“太空板非常适合中小型独栋房屋,对于三层以下的无结构装配住宅来说，使用太空板可以实现快速组装，建造成本与传统混凝土住宅相比也没有太大差异。”由于太空板芯材采用闭孔发泡水泥专利技术，同样体积的墙体只用1/6的水泥，其它5/6体积是封闭的泡孔，极大节约了水泥用量。同时，在仅用的1/6水泥中还可掺入近40%的固体废弃物，例如：粉煤灰、拆迁造成的水泥垃圾以及太空板废料等，都可以粉碎后重复使用。可见采用太空板的建筑不但节能，而且节材，环保，可循环利用，符合建设部提出的“四节一环保型”建筑创新发展方向。,41,太空板节能建材早在10年前就已经诞生了。十年后的今天，这种节能建筑在国内住宅市场上仍难觅踪影。习惯了传统开发模式的房地产企业并不情愿掏钱买单在国内住宅建筑市场，由于节能标准并没有得到很好的落实，房地产开发商当然会选择价格便宜的钢筋混凝土或砖混结构建筑，而采用这种结构体系建造住宅的国家只有中国等少数几个发展中国家某建筑按中国标准规定的节能65%设计，采用130毫米厚的太空板即